浅谈陕西省农田重金属污染修复——以化学淋洗技术为例

赵泽宇

（西北农林科技大学资源环境学院 陕西咸阳 712100）

土壤重金属污染是指人类活动产生的重金属元素通过各种途径不断进入土壤并积累，导致土壤质量降低、功能失调，进而影响动植物及土壤微生物生长发育。因其形态多变、易累积、仅能迁移转化而不能被降解消除等特点，对农产品、地下水的安全问题乃至人体的生命健康存在较为严重的威胁。土壤中重金属污染主要包括汞（Hg）、镉（Cd）、铬（Cr）、铅（Pb）、砷（As）等，其主要污染源来自化肥农药的使用、污灌、大气沉降、化工厂“三废”排放等。据我国农业农村部对全国140 万公顷污灌区开展的调查结果显示，64.8%的污灌区土地受到重金属污染。因而，土壤重金属污染的修复工作刻不容缓。

1 陕西省地域及土壤重金属含量概况

陕西，位于中国内陆腹地，介于东经105°29′～111°15′，北纬31°42′～39°35′，总面积20.56万平方千米。陕西省地势呈南北高，横跨3 个气候带，陕北北部长城沿线属中温带季风气候，关中及陕北大部属暖温带季风气候，陕南属北亚热带季风气候。境内土壤主要以风沙土、水稻土、塿土、黄绵土等为主。

陕西可能是我国耕地重金属污染的多发区域[1]。根据陈文轩等研究结果[2]，在全国范围内，陕西的耕地重金属污染程度与福建、湖南省等地最为严重。其中，陕西存在Cr含量次高值区且铜（Cu）含量较高。同时，陕西Cd、Hg属于中度污染，其中部较大范围区域Pb含量较高；除锌（Zn）之外，陕西农田主要重金属元素含量均高于全国平均值。

从农田土壤污染等级分析，陕西省农田土壤重金属富集程度较高。综合土壤重金属分布特征及污染评级结果来看，农田土壤首要污染物为Cd、Hg，在土壤修复过程中应该优先控制。陕西省农田土壤重金属含量较大程度高于当地背景值，结合该省内部地区多大力发展第二产业，过度的工业活动可能是导致该区域土壤重金属污染程度较高的原因。

2 化学淋洗技术研究及应用情况

化学淋洗技术是指通过向污染土壤中加入化学或生物化学淋洗剂，在解吸、溶解、螯合、络合等物理、化学过程作用下使污染物与被污染土壤分离，然后将包含污染物的液体抽提出来的技术。该技术可分为原位修复和异位修复，前者较为经济，后者处理效果更佳。化学淋洗技术具备操作过程简单、修复效果彻底，且稳定、修复周期短、对高浓度污染土壤修复效果极佳等特点。而目前应用淋洗修复技术的关键在于寻找到一种合适的淋洗剂，需要满足以下3个条件：（1）能够有效去除目标修复土壤的主要污染物；（2）最大程度降低对土壤肥力及其理化性质的破坏；（3）不会造成二次污染而破坏环境。

在不同的化学淋洗剂和淋洗条件下，该技术可用于修复不同类型的污染土壤。Moon等[3]研究多种无机酸、碱对Zn污染土壤淋洗的修复效果，发现2 mol·L－1的盐酸去除效率最高。虽然酸洗溶液对重金属的去除效率高，但对土壤理化性质有很强的破坏力，无机溶剂的使用会造成土壤pH的改变和肥力的下降。人工螯合剂和人工合成表面活性剂对生态的影响破坏性相对较小，但修复成本昂贵、难生物降解、易造成二次污染。在众多人工螯合剂中，有机酸复合剂目前用途最为广泛，李定龙[4]等以典型化工厂污染土壤为修复对象，通过室内模拟实验利用柠檬酸和β－环糊精制成的复合剂在最佳修复条件下可使Cd的去除率达到80.14%。天然有机酸和生物表面活性剂具备经济实用、高生物降解性、修复效果良好等特点，但是生物表面活性剂难以量产，因而天然有机酸具备良好的发展前景。吴俭[5]采用柠檬酸、酒石酸等有机酸与草酸组合淋洗技术处理Cd、Zn复合污染土壤，发现0.1 mol·L-1酒石酸振荡对复合污染土壤的Cd、Zn去除率分别为30.74%、25.59%。

当前在众多已知重金属中，对于Cd污染的化学淋洗修复研究最为广泛且深入。同时，Cd也是陕西省农田最需要优先治理的首要污染物之一。Yang等[6]使用淋洗剂EDDS（乙二胺-N,N′-二琥珀酸）对Cd、Cu、Zn和Pb污染土壤的修复效果，研究结果表明，在最优淋洗条件下（pH=5.5），对Cd的去除率可以达到52%，且对于Cu、Zn、Pb的去除率分别为66%、64%、48%，对于处理复合型重金属污染有较大的研究潜力。Torres等[7]通过实验发现Texapon N-40等3 种表面活性剂对Cd、Cu、Ni、Zn、As都能达到较好的去除效果，其中Tween80对Cd的去除效果可达到86%。

3 化学淋洗技术与其他修复技术联合使用实现农田土壤修复

为解决化学淋洗技术可能带来的二次污染、应用范围小、对土壤性质造成破坏等问题，部分研究人员提出了将两种或两种以上的修复技术协同使用组成联合修复体系的办法，为修复受重金属污染的农田土壤提供了新的思路。

卫泽斌等[8]为开发原位修复重金属污染农田土壤的新方法——化学淋洗和深层固定联合修复技术，通过盆栽试验，以广东省某铅锌矿废水污染的水稻田土为材料，利用化学混合试剂淋洗污染土壤，并向深层土壤中添加化学固定剂，用以固定从耕作层随淋溶液向下迁移的重金属，降低地下水受污染风险。实验结果表明，混合试剂对土壤进行淋洗能够有效去除耕层土壤中的Zn、Cd、Pb含量，且淋洗出的重金属、COD都可被经过碱性FeCl3处理的深层土壤有效固定，其中，深层土壤对COD、Zn、Cd、Pb的固定效率分别为37.7%、15.5%、44.6%、69.0%，且Zn、Cd浓度符合地下水质量Ⅲ类标准，能够很好地控制对地下水环境造成的风险，从而实现重金属污染土壤的安全修复。因此，化学淋洗和深层固定联合修复技术也可作为一种安全、有效、低成本的重金属污染农田土壤修复途径。

黄细花[9]等为弥补单一修复措施的不足，运用套种和化学淋洗联合修复技术，通过盆栽实验，在东南景天和玉米套种的条件下，完成不同浓度及种类的混合剂对农田土壤的化学淋洗。实验结果表明，通过土壤测定发现经两季套种植物联合淋洗技术处理后，土壤Cd含量降低27.8%～44.6%，土壤Zn含量降低12.6%～16.5%，土壤Pb含量降低3.6%～5.7%；通过淋出液测定分析发现，浓度为10 mmol/L、20 mmol/L混合淋洗液处理过的实验组淋出液的Cd、Zn、COD含量浓度均符合农田灌溉水质标准，后续风险较小。在该套种和化学淋洗联合修复体系下，植物提取主要去除土壤中的Zn、Cd，化学淋洗主要去除土壤中的Pb。“套种+淋洗”这一联合修复体系不仅可以缩短农田土壤修复周期，而且对解决Zn、Cd、Pb复合型重金属污染问题有极大的发展潜力；同时，对治理陕西省的农田土壤污染有较好的应用及发展空间。

4 农田污染治理其他配套措施

由于当前农田土壤的修复工作仍处于起步阶段，尽管部分理论研究已经经过了较为全面的探索，但受限于成本昂贵、设备稀缺等，导致实际工程技术层面的应用难以实施、推广。因而在治理污染农田土壤的同时，还应完善相关配套措施。

4.1 倡导清洁生产，从源头防止农田污染

农业清洁生产是指在农业生产的过程中，全程使用无污染且对环境友好的绿色农用化学品，杜绝如含重金属的污泥、化肥、农药等产品。清洁生产是从源头减少重金属等污染进入农田土壤，减少其对农田及农产品安全所造成的负面影响。

4.2 大力推广农田污染防治技术

为有效防治农田土壤污染，提高农产品质量，应大力推广各项新兴污染防治技术。（1）农药污染防控技术，主要包括农药减量化应用、生物可降解型农药替代及农药残留生物降解技术等。（2）肥料污染防控技术，主要包括平衡施肥、环境友好型化肥替代、肥料结构优化等技术。（3）畜禽粪便污染防控技术，包括畜禽场粪便高温连续发酵技术、资源化利用（肥料化、能源化和饲料化）等技术。（4）农膜残留污染防控技术，包括新型可降解塑料膜替代及农膜回收技术，减少塑料薄膜的使用量和农田土壤残留量, 从源头阻断污染来源。

5 结论与展望

针对陕西省重金属污染情况，化学淋洗技术及其相关联合修复技术具备较大的应用前景，因而提出以下发展或应用建议。

（1）加大力度开发绿色淋洗剂，减少化学淋洗技术对土壤肥力、理化性质的影响，并应该尽可能在使用后便于处理和再次利用。

（2）针对目标土壤污染情况制订针对性方案，选用最恰当的淋洗剂和淋洗条件。在治理复合污染土壤时，优先选择对首要污染物处理效率高的试剂。

（3）选用复合淋洗剂或联合修复技术，既可以降低成本，而且对于提高修复效率或减少对土壤破坏有较好的效果。例如，有机酸复合盐淋溶剂的重金属去除率高于单一有机酸试剂；天然有机酸淋洗剂-植物联合修复不仅可以提高重金属去除效率，而且减少了对土壤肥力的影响。